Описание временной реакции управляемых систем
Реакция на скачок или переходная функция
Реакция системы на внезапное изменение входной переменной называется реакцией на скачок или переходной функцией. Каждую систему можно характеризовать по ее реакции на скачок. Также реакция на скачок позволяет описать систему при помощи математических формул.
Динамическая реакция
Эта характеристика системы также известна как динамическая реакция. Данная взаимосвязь описана на приведенном ниже рисунке, где регулирующая переменная y внезапно увеличивается (см. диаграмму ниже).
Реакция на скачок регулируемой переменной х представляет собой процесс успокоения с выбросом при неустановившемся режиме.
|
controller output CO |
Выход регулятора CO |
|
controlled system |
Управляемая система |
|
process value PV |
Значение технологического параметра PV |
Устойчивое состояние
Еще одна характеристика системы – это ее поведение в устойчивом состоянии, статическое поведение.
Статическое поведение
Статическое поведение системы наступает, когда ни одна из переменных не изменяется с течением времени. Поэтому статический режим достигается только, когда поведение системы установилось. Это состояние может сохраняться неограниченное количество времени.
Выходная переменная по прежнему в равной степени зависит от входной переменной. Эта зависимость демонстрируется характеристикой системы.
Регуляторы с обратной связью
В предыдущем разделе рассматривалась управляемая система – часть системы, предназначенная для регулирования посредством регулятора. В этом разделе рассматривается регулятор с обратной связью.
Регулятор – это устройство в системе с обратной связью, которое выполняет сравнение измеренного значения (фактическое значение) с требуемым значением, заданным значением, а затем рассчитывает и подает на выход регулирующую переменную.
В разделе выше показано, что в управляемых системах могут быть очень разные реакции. Существуют системы с быстрой реакцией, системы с очень медленной реакцией, а также системы со свойствами сохранения.
Для каждой из управляемых систем изменение регулирующей переменной y должно происходить по-разному. Поэтому существуют различные типы регуляторов, у каждого из которых имеется своя собственная реакция на регулирование. Задача инженера систем регулирования/управления заключается в том, чтобы выбрать регулятор с оптимальной реакцией на регулирование.
Реакция на регулирование
Реакция на регулирование – это способ, которым регулятор с обратной связью определяет регулирующую переменную исходя из отклонения системы.
ПИД-регулирование для управления двигателем
В промышленности чаще всего применяются стандартные линейные регуляторы. Передаточное отношение таких регуляторов может быть назначено компонентам П-, И- и Д, которые представляют собой три основные линейные целевые функции.
ПИД-регулятор является самым важным стандартным регулятором, так как он сочетает в себе лучшие характеристики регуляторов иного типа и очень высокую скорость и точность. Этот регулятор объединяет в себе пропорциональное, интегральное и дифференциальное поведение. Если в сигнале происходит скачок, то регулируемая переменная сначала демонстрирует поведение ПД, затем воздействие Д уменьшается, а воздействие I повышается в зависимости от времени. Характеристики соответствуют характеристикам отдельных блоков управления:
Kp - компонента пропорционального воздействия ПИД-регулятора до двигателя
Ki - компонента интегрального воздействия ПИД-регулятора после двигателя
Kd - компонента дифференциального воздействия ПИД-регулятора до двигателя